KR20240040022A - 발광장치, 표시장치, 광전 변환장치, 및 전자기기 - Google Patents

발광장치, 표시장치, 광전 변환장치, 및 전자기기 Download PDF

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KR20240040022A
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쇼마 히나타
케이이치로 이시하라
요지로 마츠다
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

기판과, 기판의 주면 위에 배치된 굴절률 n을 갖는 렌즈와, 주면과 렌즈 사이에 배치된 발광 영역을 포함하는 발광장치가 제공된다. 렌즈의 표면은 블록하고, 정점과 단부를 갖는다. h가 정점과 단부의 높이를 나타내고, r이 주면에 대한 정사영에 있어서 정점과 단부 사이의 거리를 나타내고, H가 단부와 발광 영역 사이의 높이를 나타내고, 2a가 발광 영역의 폭을 나타내는 경우, 이하의 식 h<r, γ<55° 및 a>r-H·tanβ의 관계를 만족하고, 이때, 2rh/(r2+h2)=sinθ, sinθ=n·sinα, θ-α=β 및 n·sinβ=sinγ이다.

Description

발광장치, 표시장치, 광전 변환장치, 및 전자기기{LIGHT EMITTING DEVICE, DISPLAY DEVICE, PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은, 발광장치, 표시장치, 광전 변환장치 및 전자기기에 관한 것이다.
일본국 특개 2017-017013호 공보에는, 유기 발광 디스플레이에 있어서 빛의 추출 효율을 향상시키기 위해서, 발광 영역 위에 렌즈를 배치하고, 렌즈의 직경과 렌즈와 발광 영역의 거리를 조정하는 기술이 개시되어 있다.
발광장치의 성능 향상을 위해, 발광 영역에서 발생된 빛을 더 효율적으로 추출할 필요가 있다.
본 발명의 일부의 실시형태는, 빛의 추출 효율의 향상에 유리한 기술을 제공한다.
일부 실시형태에 따르면, 기판과, 상기 기판의 주면 위에 배치된 굴절률 n을 갖는 렌즈와, 상기 주면과 상기 렌즈 사이에 배치된 발광 영역을 포함하는 발광장치로서, 상기 렌즈의 상면은, 상기 주면으로부터 떨어지는 방향으로 볼록한 곡면을 갖고, 상기 곡면은, 정점과 상기 주면에 평행한 방향에 있어서 단부를 구비하고, h[㎛]가 상기 주면의 법선 방향에 있어서 상기 정점과 상기 단부의 높이의 차이를 나타내고, r[㎛]이 상기 주면에 대한 정사영에 있어서 상기 정점과 상기 단부 사이의 거리를 나타내고, H[㎛]가 상기 법선 방향에 있어서 상기 단부와 상기 발광 영역의 높이의 차이를 나타내고, 2a[㎛]가 상기 발광 영역의 상기 주면에 평행한 방향의 폭을 나타내는 경우, 이하의 식 (1), (2) 및 (3)의 관계를 만족하고,
h<r …(1)
γ<55° …(2)
a>r-H·tanβ …(3)
이때, 2rh/(r2+h2)=sinθ, sinθ=n·sinα, θ-α=β 및 n·sinβ=sinγ인 발광장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징은 (첨부도면을 참조하는) 이하의 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1은, 본 실시형태에 따른 발광장치의 렌즈의 구성예를 도시한 도면.
도2는, 비교예에 따른 발광장치의 렌즈의 구성예를 도시한 도면.
도3은, 비교예에 따른 발광장치의 렌즈의 구성예를 도시한 도면.
도4는, 비교예에 따른 발광장치의 렌즈의 구성예를 도시한 도면.
도5는, 본 실시형태에 따른 발광장치의 렌즈의 구성예를 도시한 도면.
도6은, 본 실시형태에 따른 발광장치의 구성예를 도시한 도면.
도7a 내지 도7c는, 도6에 도시된 발광장치의 발광 소자의 배치 예를 각각 도시한 도면.
도8은, 본 실시형태에 따른 발광장치의 구성예를 도시한 도면.
도9는, 본 실시형태에 따른 발광장치의 구성예를 도시한 도면.
도10은, 본 실시형태에 따른 발광장치의 구성예를 도시한 도면.
도11은, 본 실시형태에 따른 발광장치의 구성예를 도시한 도면.
도12는, 본 실시형태에 따른 발광장치를 사용한 표시장치의 일례를 도시한 도면.
도13은, 본 실시형태에 따른 발광장치를 사용한 광전 변환장치의 일례를 도시한 도면.
도14는, 본 실시형태에 따른 발광장치를 사용한 전자기기의 일례를 도시한 도면.
도15a 및 도15b는, 본 실시형태에 따른 발광장치를 사용한 표시장치의 일례를 도시한 도면.
도16은, 본 실시형태에 따른 발광장치를 사용한 조명장치의 일례를 도시한 도면.
도17은, 본 실시형태에 따른 발광장치를 사용한 이동체의 일례를 도시한 도면.
도18a 및 도18b는, 본 실시형태에 따른 발광장치를 사용한 웨어러블 디바이스의 일례를 각각 도시한 도면.
이하, 첨부도면을 참조해서 실시형태를 상세히 설명한다. 이때, 이하의 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이들 복수의 특징의 모두가 발명에 필수적인 것은 아니고, 또한, 복수의 특징은 임의로 조합되어도 된다. 더구나, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에 동일한 참조번호를 붙이고, 중복한 설명은 생략한다.
도1 내지 도11을 참조하여, 본 개시의 실시형태에 따른 발광장치에 대해 설명한다. 도1은, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)에 배치되는 렌즈의 구성예를 나타낸 단면도다. 도2 및 도3은, 비교예에 따른 발광장치(10')에 배치되는 렌즈의 구성예를 각각 나타낸 단면도다. 발광장치(10)는, 기판(8)과, 기판(8)의 주면(34) 위에 배치된 굴절률 n을 갖는 렌즈(17)와, 기판(8)의 주면(34)과 렌즈(17) 사이에 배치된 발광 영역(32)을 포함한다. 발광 영역(32)은, 기판(8)의 주면(34)과 렌즈(17) 사이에 배치되는 매질층(35) 내에 배치될 수 있다. 도1 내지 도3을 참조하여, 렌즈(17)의 형상을 상세하게 설명하기 때문에, 도1 내지 도3은 전술한 구성 이외의 구성요소를 도시하지 않는다. 발광장치(10)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서, 발광 영역(32)의 중앙부와 렌즈(17)의 중앙부가 서로 겹치도록 배치될 수 있다. 도1에 나타낸 것과 같이, 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서, 발광 영역(32)의 중심과 렌즈(17)의 중심이 겹치도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 발광 영역(32)(렌즈(17))의 중심은, 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서, 발광 영역(32)(렌즈(17))의 기하학적 무게중심의 위치이어도 된다. 또한, 발광 영역(32)(렌즈(17))의 중앙부는, 발광 영역(32)(렌즈(17))의 중심과 발광 영역(32)(렌즈(17))의 외측 가장자리를 연결하는 가상선을 2등분하는 위치의 집합 내측의 영역으로서 정의될 수 있다.
렌즈(17)는, 마이크로렌즈 등으로도 불릴 수 있다. 렌즈(17)의 상면은, 기판(8)의 주면(34)으로부터 떨어지는 방향으로 볼록한 곡면(40)을 갖고 있다. 본 실시형태에서는, 곡면(40)이 구면의 일부인 것으로 가정한다. 볼록 형상의 곡면(40)은, 정점(41)과 주면에 평행한 방향에 있어서 단부(42)를 구비한다. 곡면(40)의 정점(41)은, 렌즈(17)의 상부면을 구성하는 곡면(40) 중 기판(8)의 주면(34)으로부터 가장 떨어진 부분이다. 도1에 도시되는 구성의 경우, 곡면(40)의 단부(42)는, 렌즈(17)의 매질층(35)에 접하는 부분이다. 이와 달리, 예를 들면, 렌즈(17)의 외측 가장자리부가 완만한 경우, 곡면(40)의 단부(42)는, 렌즈(17)의 상부면이 볼록 형상의 곡면(40)으로부터 오목 형상으로 변화하는 변곡점의 집합이어도 된다. 도1 내지 도3은 각각, 렌즈(17)의 상부면을 구성하는 곡면(40)의 정점(41)을 통과하는, 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서 단면을 나타내고 있다.
도1에 나타낸 것과 같이, 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서 정점(41)과 단부(42)의 높이의 차이를 h[㎛](이하, "거리 h"로 부르는 경우가 있다)로 표시된다. 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서 정점(41)과 단부(42) 사이의 거리는 r[㎛](이하, "거리 r"로 부르는 경우가 있다)로 표시된다. 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서 단부(42)와 발광 영역(32)의 높이의 차이를 H[㎛](이하, "거리 H"로 부르는 경우가 있다)로 표시된다. 발광 영역(32)의 기판(8)의 주면(34)에 평행한 방향의 폭은 2×a[㎛](이하, 발광 영역(32)의 기판(8)의 주면(34)에 평행한 방향의 폭의 1/2를 "거리 a"로 부르는 경우가 있다)이다.
도1 및 도3에 도시되는 렌즈(17)에서, 곡면(40)은, 구면의 일부를 구성하고, 거리 h와 r은 h<r의 관계를 갖는다. 더욱 구체적으로는, 거리 h와 r은 h=0.7r의 관계를 갖는다. 한편, 도2에 도시되는 렌즈(17)에서는, 곡면(40)은 반구면이다. 그 때문에, 거리 h와 r은 h=r의 관계를 갖는다.
렌즈(17)를 설치하지 않는 경우, 발광 영역(32)의 형상을 반경 a(직경 2a)를 갖는 원 형상인 것으로 가정하면, 빛의 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향의 추출(이하, "정면 추출"로 부르는 경우가 있다)에 기여하는 면적은 πa2이다. 한편, 렌즈(17)를 설치한 도1에 도시되는 구성에서는, 정면 추출에 기여하는 면적이 πr2이다. 거리 r과 a는 r>a의 관계를 갖는다. 그 때문에, 렌즈(17)를 설치한 경우에, 정면 추출에 기여하는 면적이 커져, 빛의 추출 효율이 향상된다.
이어서, 발광 영역(32)에서 발광한 빛이 굴절률 n을 갖는 렌즈(17)와 굴절률 1을 갖는 공기 사이의 계면에서 굴절하여, 빛이 추출되는 경로를 고려한다. 본 실시형태에서는, 발광 영역(32)으로부터 렌즈(17)까지의 매질층(35)의 굴절률도 n인 것으로 가정한다.
곡면(40)의 단부(42)에서는, 렌즈(17)의 표면에 접하는 접선의 기울기(경사각 θ)가 곡면(40)에서 최대이다. 곡면(40)이 구면이면, 경사각 θ은, 거리 h와 r을 사용하여, sinθ=2rh/(r2+h2)에 의해 구해진다. 경사각 θ를 갖는 렌즈(17)의 상부면(곡면(40))에 의해 굴절하여, 정면 방향(기판(8)의 주면(34)의 법선 방향)으로 추출되는 광선을 생각하면, 렌즈(17)의 곡면(40)에의 입사각 α은, 스넬의 법칙에 근거하여 n·sinα=sinθ로 표시된다. 또한, 이 광선의 정면 방향에 대한 각도 β은 β=θ-α에 의해 구해진다. 한편, 렌즈(17)가 설치되지 않는 경우, 즉 θ=0°의 면에 의해 굴절된 빛이 공기중으로 추출되는 경우, 굴절률 n의 매질중에서 각도 β의 광선의 공기에 대한 출사각 γ은 sinγ=n·sinβ로 표시된다.
도1 및 도3에 도시되는 구성에서, h=0.7r 및 n=1.4이면, θ=70.0°,α=42.2°, β=27.8°, γ=40.8°이 얻어진다. 즉, 렌즈(17)를 설치하지 않는 경우에는, 정면 방향에 대하여 40.8°의 방향으로 출사하는 빛이, 렌즈(17)의 단부(42)에서 굴절함으로써 정면 방향으로 추출되는 것을 알 수 있다. 렌즈(17)의 곡면(40)의 정점(41)으로부터 단부(42)까지의 각 점에 있어서, 곡면(40)의 경사각은 0 내지 70.0° 사이이다. 이러한 렌즈(17)에 의해, 렌즈(17)를 설치하지 않는 경우에, 정면 방향에 대하여 0 내지 40.8°사이에서 출사하는 빛이 정면 방향으로 추출된다. 한편, 도2에 도시되는 구성에서, h=4 및 n=1.4이면, θ=90°, α=45.6°, β=44.4°, γ=78.5°이 얻어진다.
본 실시형태에서, 발광 영역(32)으로부터 정면 방향으로 빛이 방사되는 방사 강도를 방사 강도 I0으로 표시한다. 또한, 발광 영역(32)으로부터 각도 β의 방향으로 빛이 방사되는 방사 강도는 방사 강도 Iβ로 표시된다. 발광 영역(32)으로부터 방사 각도에 의존하지 않고 같은 방사 강도로 빛이 방출되는 경우, 즉, Iβ=I0의 경우, 렌즈(17)의 거리 r, h로부터 계산되는 출사각 γ을 크게 할수록, 정면 방향으로 추출되는 빛의 입체각이 커지기 때문에 정면 추출 광량이 더 커진다. 한편, 발광 영역(32)에 사용되는 유기 발광 소자에 있어서, 발광 영역(32)으로부터의 방사 강도는 정면 방향에서 가장 높고, 방사 각도가 커질수록 약해지는 경우가 있다. 특히, 0<β<γ의 범위에서 Iβ<I0·cosβ가 만족해도 된다. Iβ<I0·cosβ을 만족하는 경우, 렌즈(17)의 거리 r, h로부터 계산되는 출사각 γ이 커질수록, 정면 추출 광량이 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은, 빛의 추출 각을 크게 하는 효과보다도, 광량이 비교적 강한 정면 방향에 가까운 각도의 빛(각도 β이 작은 영역의 빛)을 보다 이용하는 효과의 쪽이 커지기 때문일 수 있다.
또한, 발광 영역(32)에 사용되는 유기 발광 소자에 있어서, 방사 각도가 커질수록, 빛의 색순도가 저하하는 경우가 있다. 정면 방향에 대한 각도가 클수록, 발광 영역(32)으로부터 출사되는 빛의 색순도의 저하가 크다. 즉, 출사각 γ을 크게 할수록, 정면 방향의 색순도가 저하한다. 즉, 도1에 도시되는 구성을 도2에 도시되는 구성과 비교함으로써, nf사각 γ이 작은 도1에 도시되는 구성에서, 정면 추출 광량을 크게 할 수 있고, 또한 색순도가 높은 빛을 추출할 수 있다. 이러한 효과는, 출사각 γ이 작을수록 커진다. 유기 발광 소자의 발광층 내부에서의 광선의 각도가 29°이상이 되면, 방사 강도와 색순도가 급격히 저하하기 때문에, 발광층 내부에 있어서 29°보다도 작은 각도의 빛을 정면으로 추출하는 것이 적당한 경우가 있다. 발광층 내부의 굴절률이 1.7일 때, 마이크로렌즈를 사용하지 않는 경우, 발광층 내부에 있어서 29°의 광선은 공기중에서의 광선 각이 55.5°이다. 즉, sinγ<sin55°가 설정되면, 높은 정면 추출 광량을 얻을 수 있으며 색순도 저하를 억제할 수 있다. 발명자들의 실험에 의해, γ<55°이면 색순도의 저하를 억제할 수 있고, 빛의 추출 효율(정면 추출 광량)을 향상시키면서, 적당한 화질의 화상을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
더구나, 도1에 도시되는 구성과 도3에 도시되는 구성을 비교한다. 도1에 도시되는 구성과 도3에 도시되는 구성에서, 렌즈(17) 및 발광 영역(32)의 형상은 동일하다. 한편, 발광 영역과 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42) 사이의, 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서 높이의 차이인 거리 H가 다르다. 도1에 도시되는 구성에서는, a>r-H·tanβ의 관계를 만족하고 있다. 그러나, 도3에 도시되는 구성에서는, a>r-H·tanβ의 관계를 만족하지 않고 있다. 렌즈(17)의 곡면(40)에 의한 굴절을 고려하여, 정면 방향으로 추출되는 빛을 발광 영역(32)의 방향으로 추적하면, 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)에 의해 굴절된 빛이 도1에 도시되는 구성에서는 발광 영역(32)에 도달한다. 이에 반해, 도3에 도시되는 구성에서는, 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)에 의해 굴절한 빛이 발광 영역(32)에 도달하지 않는다. 즉, 도3에 도시되는 구성에서는, 렌즈(17)의 외측 가장자리부는, 정면 방향으로의 빛의 추출에 기여하지 않고, 렌즈(17) 중 정면 추출에 기여하는 면적은 πr'2이다. r'<r이기 때문에, 추출 광량은 도1에 도시되는 구성에서 더 커진다. 즉, a>r-H·tanβ의 관계를 만족할 때, 정면 추출 광량을 향상시킬 수 있다.
전술한 것과 같이, 발광 영역(32)에서 발생되는 빛의 방사 강도가 정면 방향으로 강한 경우를 고려하면, 이하의 식 (1), (2) 및 (3)에 의해 주어진 관계를 만족할 때, 정면 추출 광량을 크게 할 수 있고, 또한 색순도가 높은 빛을 추출할 수 있다.
h<r …(1)
γ<55° …(2)
a>r-H·tanβ …(3)
이것에 의해, 발광 영역(32)에서 발생된 빛을 효율적으로 추출하는 것이 가능하게 되고, 또한, 색순도의 저하도 억제되어, 발광장치(10)의 성능 향상을 실현할 수 있다.
본 실시형태에서, 발광 영역(32)과 렌즈(17) 사이에 굴절률이 다른 복수의 매질층(부재)이 설치되는 경우, a>r-H·tanβ의 관계를 만족하는 것 대신에, 굴절률이 다른 층들 사이의 계면에서의 굴절을 고려하여, 정면 방향으로부터 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)에 입사한 빛이 발광 영역(32)에 도달하도록 거리 r, h, a, H가 설정되어도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 추출 광량을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 발광 영역(32)과 렌즈(17) 사이에, 렌즈(17)보다도 굴절률이 높은 층을 설치하는 경우, a>r-H·tanβ의 관계를 만족하는 것은, 정면 방향으로부터 입사해서 마이크로렌즈 단부에 의해 굴절한 광선이 발광부에 도달하기 위한 충분조건이다.
발광 영역(32)과 렌즈(17) 사이에, 렌즈(17)와는 굴절률이 다른 매질층을 설치하는 경우의 구성에 대해서 도4 및 도5를 참조하여 설명한다. 도4 및 도5는, 발광 영역(32)과 렌즈(17) 사이에 굴절률이 다른 매질층 35a 및 35b를 설치한 경우의 구성예를 각각 도시한 도면이다. 매질층 35a의 굴절률은 n1이고, 매질층 35b의 굴절률은 n2인 것으로 가정한다. 예를 들면, 매질층 35a는 칼라필터이어도 된다. 예를 들면, 매질층 35b는 발광 영역(32)을 대기중의 수분으로부터 보호하기 위한 보호층이어도 된다.
도4에 도시되는 구성에 있어서, 굴절률의 대소 관계는 n1<n<n2이다. 발광 영역(32)으로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광선의 굴절을 생각하면, 굴절률의 대소 관계에 따라, 각도 a, b, c의 대소 관계는, a<c<b가 된다. c<b일 때, 매질층 35a와 렌즈(17)의 계면에서 광선이 정면에 가까운 방향으로 구부러진다. 그 때문에, 도4에 나타낸 것과 같이, 발광 영역(32)으로부터 발생된 빛이, 인접하는 발광 소자의 렌즈(17)로부터 정면에 가까운 방향으로 출사하는 경우가 있다. 그 때문에, 발광 소자 사이에서 크로스토크가 발생하여, 화질을 저하할 수 있다. 또한, 발광 영역(32)으로부터의 방사 각도가 커서, 색순도가 낮은 빛이 시인되기 쉬워지기 때문에, 색순도가 저하할 수 있다.
한편, 도5에 도시되는 구성에 있어서, 굴절률의 대소 관계는, n<n1<n2이다. 그 때문에, 각도 a, b, c의 대소 관계는, a<b<c가 되어, 발광 영역(32)으로부터 비스듬한 방향으로 출사된 빛은, 매질층 35a와 렌즈(17)의 계면에서 보다 넓은 각도측에서 굴절하여, 정면 방향으로 출사되기 어렵다. 따라서, 색순도의 저하를 억제할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 발광 영역(32)과 렌즈(17) 사이에, 굴절률이 렌즈(17)의 굴절률 n보다도 작은 층이 배치되지 않을 때, 발광 소자 사이의 크로스토크와 색순도의 저하를 억제할 수 있다. 예를 들면, 도5에 도시되는 구성에 있어서, 렌즈(17)의 굴절률 n과 매질층 35a의 굴절률 n1은, n≤n1의 관계를 만족하고 있어도 된다. 또한, 매질층 35a와 발광 영역(32) 사이에 배치된 매질층 35b의 굴절률 n2는, n≤n2의 관계를 만족하고 있어도 된다. 더구나, 매질층 35b의 굴절률 n2는, n1≤n2의 관계를 만족하고 있어도 된다.
도1에 도시되는 구성에 있어서, 렌즈(17)의 우측의 단부(42)에 의해 굴절되어 정면 방향으로 추출되는 빛은, 발광 영역(32)의 중앙부의 우측의 점 P의 위치로부터의 빛인 것을 알 수 있다. 한편, 도2에 도시되는 구성에서는, 렌즈(17)의 우측의 단부(42)에 의해 굴절되어 정면 방향으로 추출되는 빛은, 발광 영역(32)의 중앙부의 좌측에 있는 점 P로부터 발생된다. 점 P가 발광 영역(32)의 중앙부의 좌측에 있는 경우, 점 P가 발광 영역(32)의 중앙부의 우측에 있는 경우와 비교해서, 출사각 γ이 큰 빛이 정면 방향으로 추출된다. 그 결과, 정면 추출 광량이 작아져, 색순도가 저하해 버린다. 이것을 해결하기 위해, 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)를 통과하는 빛이 발생되는 위치와 단부(42)가 발광 영역(32)의 같은 측이 되는 조건은, r-H·tanβ>0을 만족하는 것이다. 즉, 렌즈(17)의 형상. 발광 영역(32)의 형상, 및 렌즈(17)와 발광 영역(32)의 위치가 r-H·tanβ>0을 만족하도록 설정되면, 정면 추출 광량을 크게 할 수 있고, 또한, 색순도가 높은 빛을 추출할 수 있다.
지금까지, 렌즈(17)의 상부면을 구성하는 곡면(40)이 구면의 일부인 예를 설명하였다. 곡면(40)은, 구면의 일부와 일치할 필요는 없고, 비구면의 일부이어도 된다. 이 경우에는, 렌즈(17)의 상부면을 구면의 일부에 근사하여 얻어진 면을, 곡면(40)으로 간주해도 된다. 렌즈(17)에 있어서, 예를 들어, 곡면(40)으로부터 곡면(40) 이외의 부분에 걸쳐서 마이크로렌즈의 표면의 기울기가 매끄럽게 변화하는 경우에, 곡면(40)과 곡면(40) 이외의 부분의 경계가 애매한 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 예를 들면, 경사각 θ이 최대가 되는 개소를, 곡면(40)의 단부(42)로 설정해도 된다. 전술한 변곡점 등이 이것에 해당한다. 렌즈(17)의 곡면(40)이 구면의 일부가 아니고 단부(42)의 곡률이 구면의 곡률보다도 작은 경우나, 곡면(40)이 비구면의 일부인 경우, 실제의 형상을 구면의 일부로 근사하여 얻어진 면을, 곡면(40)으로 설정해도 된다. 예를 들면, 렌즈(17)의 정점(41)과, 정점(41)으로부터의 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서 거리가 h/2가 되는 렌즈(17) 위의 위치를 통과하는 가상 구면을 도출하고, 가상 구면에 근거하여 거리 r이 정의되어도 된다. 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서, r2가 렌즈(17)의 정점(41)으로부터 법선 방향의 거리가 h/2가 되는 점과 렌즈(17)의 정점(41) 사이의 거리를 나타낼 때, 거리 r을, r=(2×r2 2-h2/2)1/2로 정의해도 된다.
발광장치(10)의 보다 구체적인 구성예에 대해서 도6을 참조하여 설명한다. 도6은, 렌즈(17)의 곡면(40)의 정점(41)을 통과하는 단면도다. 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)로도 불리는 유기 발광 소자(발광 영역(32)에 유기 발광 재료를 포함하는 발광 소자)의 예를 설명하지만, 발광장치(10)의 구성은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 발광 소자는, 발광 영역(32)에 무기 발광 재료를 포함하는 무기 EL 소자이어도 된다. 예를 들면, 발광 영역(32)에 발광 다이오드 등이 사용되어도 된다.
도6에 나타낸 것과 같이, 발광장치(10)는, 기판(8), 전극 9, 유기층(20), 전극 11, 절연층(12), 보호층(13), 평탄화층 14, 칼라필터(15), 평탄화층 16 및 렌즈(17)를 포함할 수 있다. 전극 9는, 기판(8) 위에 배치되어 있다. 전극 9는, 하부 전극으로도 불릴 수 있다. 유기층(20)은, 발광 재료를 포함하는 발광층을 구비한다. 유기층(20)(발광층)의 일부는, 전술한 발광 영역(32)으로서 기능한다. 유기층(20)은, 전극 9를 덮도록, 기판(8)과 렌즈(17) 사이에 배치되어 있다. 전극 11은, 유기층(20) 위에 배치되어 있다. 전극 11은, 상부 전극으로도 불릴 수 있다. 유기층(20)(발광층)은, 전극 9와 전극 11 사이의 전위차에 의해 발광한다. 절연층(12)은, 서로 인접하는 전극 9를 절연하도록, 전극 9 사이에 배치되어 있다. 절연층(12)은, 뱅크로 불릴 수 있다. 절연층(12)은, 전극 9 위의 외측 가장자리부에 배치된다. 전극 9의 절연층(12)에 덮여 있지 않은 중앙부는, 유기층(20)에 접한다. 유기층(20) 중 전극 9와 접하는 부분이, 전술한 발광 영역(32)이 될 수 있다. 그 때문에, 도6에 나타낸 것과 같이, 발광장치(10)에는, 복수의 전극 9에 각각 대응하는 복수의 발광 영역(32)이 배치될 수 있다. 보호층(13)은, 전극 11 위에 배치되어 있고, 평탄화층 14는 보호층(13) 위에 배치되어 있다. 칼라필터(15)는, 복수의 발광 영역(32)에 각각 대응하도록, 평탄화층 14 위에 배치될 수 있다. 평탄화층 16은, 칼라필터(15) 위에 배치되어 있다. 렌즈(17)는, 평탄화층 16 위에 배치되어 있다. 렌즈(17)는, 복수의 발광 영역(32)에 각각 대응하도록 배치된다.
기판(8)에 사용되는 재료는, 전극 9, 유기층(20), 전극 11 등, 발광장치(10)의 각 구성요소를 지지할 수 있는 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 기판(8)의 재료로서, 글래스, 플라스틱, 또는 실리콘이 사용되어도 된다. 트랜지스터 등의 스위칭 소자, 배선 패턴, 층간 절연막 등이 기판(8)에 설치되어 있어도 된다.
전극 9는, 투명하여도 되고, 불투명하여도 된다. 전극 9가 불투명한 경우, 전극 9의 재료는, 발광 영역(32)으로부터 발생된 빛의 파장의 반사율이 70% 이상인 금속 재료이어도 된다. 예를 들면, 전극 9의 재료로서, Al이나 Ag 등의 금속, Al이나 Ag에 Si, Cu, Ni, Nd 등을 첨가하여 얻어진 합금이 사용되어도 된다. 전극 9의 재료로서, ITO, IZO, AZO, IGZO 등이 사용되어도 된다. 전극 9는, 반사율이 소정(소망)의 반사율보다도 높으면, Ti, W, Mo, Au 등의 금속이나 그것의 합금 등의 배리어 전극과의 적층 전극이거나, 또는 ITO나 IZO 등의 투명 산화막 전극과의 적층 전극이어도 된다.
전극 9가 투명한 경우, 전극 9와 기판(8) 사이에 반사층이 설치되어 있어도 된다. 투명 전극 9의 재료로서, 예를 들면, ITO, IZO, AZO, IGZO 등이 사용되어도 된다. (후술하는) 광학 거리의 최적화를 위해, 전극 9의 구성으로서, 반사층과 투명 도전막 사이에 절연막을 설치한 구성을 채용해도 된다.
전극 11은, 투광성을 갖는다. 전극 11은, 전극 11의 표면에 도달한 빛의 일부를 투과하는 동시에 나머지 일부를 반사하는 성질(즉 반투과 반사성)을 갖는 반투과 전극이어도 된다. 전극 11의 재료로서, 예를 들면, 투명 도전 산화물과 같은 투명 재료가 사용되어도 된다. 전극 11의 재료로서, 단체의 금속(Al, Ag, Au 등), 알칼리 금속(Li, Cs 등), 알칼리 토금속(Mg, Ca, Ba 등), 이들 금속 재료를 포함하는 합금 재료 등으로 이루어진 반투과 재료가 사용되어도 된다. 전극 11의 재료로서 반투과 재료를 사용하는 경우, 반투과 재료로서 Mg나 Ag을 주성분으로 포함하는 합금이 사용되어도 된다. 전극 11이 적당한 투과율을 가지면, 전극 11은, 전술한 재료로 구성된 복수의 층을 갖는 적층 구조를 가져도 된다. 도6에 도시되는 구성에서는, 복수의 발광 영역(32)에 대해 공통의 전극 11이 설치되어 있다. 그렇지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 복수의 발광 영역(32)에 각각 대응하는 복수의 전극 11이 배치되어도 된다.
전극 9와 11의 한쪽이 양극으로서 기능하고, 전극 9와 11의 나머지가 음극으로서 기능한다. 예를 들면, 전극 9가 양극으로서 기능하고, 전극 11이 음극으로서 기능해도 된다. 이와 달리, 전극 9가 음극으로서 기능하고, 전극 11이 양극으로서 기능해도 된다.
유기층(20)은, 증착법이나 스핀코트법 등 공지의 기술에 의해 형성하는 것이 가능하다. 유기층(20)은, 복수의 층으로 구성되어 있어도 된다. 유기층(20)이 유기 화합물층인 경우, 유기층(20)은, 발광층 이외에, 정공주입층, 정공수송층, 전자 블록층, 정공 블록층, 전자수송층, 전자주입층 등 중 적어도 어느 한개를 포함한다.
발광층은, 양극으로부터 주입된 정공과 음극으로부터 주입된 전자가 발광층 내에 있어서 재결합할 때 빛을 출사한다. 발광층은, 단층이거나, 복수층을 포함해도 된다. 예를 들면, 적색 발광 재료를 포함하는 발광층, 녹색 발광 재료를 포함하는 발광층, 청색 발광 재료를 포함하는 발광층을 조합한 경우, 각 발광층으로부터의 빛(적색 광, 녹색 광, 청색 광)이 섞여, 백색광을 얻을 수 있다. 발광 색이 서로 보색의 관계에 있는 2종류의 발광층(예를 들면, 청색 발광 재료를 포함하는 발광층과 황색 발광 재료를 포함하는 발광층)을 조합해도 된다. 도6에 도시되는 발광장치(10)에서는, 각각의 발광 영역(32)이 백색광을 발광하고, 칼라필터(15)에 있어서 착색된다. 그렇지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 발광 영역(32)마다 발광층이 다른 색의 빛을 발생하도록, 발광층에 포함되는 재료와, 발광층의 구성을 발광 영역(32)마다 다르게 해도 된다. 이 경우에는, 발광 영역(32)마다 발광층을 패터닝해도 된다.
발광장치(10)는, 발광층을 포함하는 유기층(20)과 기판(8)의 주면(34) 사이에 배치된 제1반사층과, 발광층을 포함하는 유기층(20)과 렌즈(17) 사이에 배치된 제2반사층을 포함하고 있어도 된다. 제1반사층은, 전극 9이거나, 전극 9와 기판(8) 사이에 배치된 금속층이어도 된다. 제2반사층은, 전극 11이거나, 전극 11과 렌즈(17) 사이에 배치되고, 표면에 도달한 빛의 일부를 투과하는 동시에 나머지 일부를 반사하는 성질(즉 반투과 반사성)을 가진 반투과 반사층이어도 된다.
제1반사층과 발광층을 포함하는 유기층(20)의 발광 영역(32) 사이의 광학 거리를 발광층 내에 있어서 원하는 각도 θeml에 대하여 최적화하기 위해서는, 이하의 식 (4)을 만족하면 된다. 식 (4)에 있어서, Lr[nm]은, 제1반사층의 상부면으로부터 유기층(20)의 발광 위치까지의 광로 길이(광학 거리)를 나타내고, Φr[rad]은, 제1반사층에 의해 파장 λ[nm]의 빛이 반사될 때의 위상 시프트를 나타내며, m은 0 이상의 정수를 나타낸다. 식 (4)을 만족하도록, 전극 9의 막 두께, 제1반사층의 막 두께, 및 유기층(20)의 막 두께를 조정하면 된다.
Lr=(2m-Φr/π))×(λ/4)×(1/cosθeml) …(4)
마찬가지로, 제2반사층과 발광층을 포함하는 유기층(20)의 발광 영역(32) 사이의 광학 거리를 발광층 내에 있어서 원하는 각도 θeml에 대하여 최적화하기 위해서는, 이하의 식 (5)을 만족하면 된다. 식 (5)에 있어서, Ls[nm]은, 제2반사층의 하부면으로부터 유기층(20)의 발광 위치까지의 광로 길이(광학 거리)를 나타내고, Φs[rad]은, 제2반사층에 의해 파장λ[nm]의 빛이 반사될 때의 위상 시프트를 나타내며, m은, 0 이상의 정수를 나타낸다.
Ls=(2m-(Φs/π))×(λ/4)×(1/cosθeml)=-(Φs/π)×(λ/4) …(5)
제1반사층과 상기 제2반사층 사이의 광로 길이 L[nm]이 이하의 식 (6)을 만족하고 있어도 된다. 식 (6)에 있어서, Φ은, 위상 시프트 Φr 및 Φs의 합이다.
L=Lr+Ls
=(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml) …(6)
본 실시형태에서. 전술한 식 (4) 내지 (6) 각각으로부터 ±λ/8 정도 또는 20nm 정도, 광로 길이 Ls, Lr, L 각각이 어긋나도, 이것은 허용범위에 속한다. 유기층(20)의 발광층에 있어서 발광 위치를 특정하는 것이 곤란한 경우가 있다. 그 때문에, 전술한 식 (4) 내지 (6)에서는, 발광 위치 대신에 유기층(20)의 발광층의 제1반사층측의 계면 또는 제2반사층측의 계면을 사용해도 된다. 전술한 허용범위를 고려하면, 계면을 대용한 경우에도, 정면 방향으로의 빛을 강화하는 효과를 얻을 수 있다.
렌즈(17)를 설치하지 않는 경우, 발광층의 광학 거리를 정면 방향, 즉 θeml=0°로서 설정하고 상기 식 (4) 내지 (6)를 만족하도록 막 두께를 최적화함으로써, 정면 방향의 광량을 향상시킬 수 있다. 한편, 본 실시형태와 같이 렌즈(17)를 설치하는 경우, 렌즈(17)의 곡면(40)에 의해 굴절되어 정면 방향으로 추출되는 빛은, 전술한 것과 같이, 렌즈(17)를 설치하지 않는 경우에 있어서 공기중의 광선 각도가 0° 내지 γ°의 범위에 속하는 빛을 추가해서 얻어진다. 따라서, neml이 발광층의 굴절률을 나타내는 경우, θeml=0°에 대하여 막 두께를 최적화하는 것보다도, 0<sinθeml<sinγ/neml을 만족하는 각도 θeml에 대하여 막 두께를 최적화하는 쪽이, 정면 방향의 추출 광량을 향상시킬 수 있다고 생각된다.
따라서, 본 실시형태에 나타낸 것과 같이, 렌즈(17)를 설치하는 경우, 전술한 허용범위를 고려하여, 제1반사층과 제2반사층 사이의 광로 길이 L[nm]이,
(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)-λ/8<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8
을 만족하고 있어도 되며, 이때, λ[nm]은 렌즈(17)를 통과하는 빛의 피크 파장을 나타내고, m은 0 이상의 정수를 나타내고, Φ[rad]은 제1반사층 및 제2반사층에 의해 파장 λ[nm]의 빛이 반사될 때의 위상 시프트의 합을 나타내고, θeml[°]은 neml이 발광층의 굴절률을 나타내는 경우에 0<sinθeml<sinγ/neml을 만족하는 각도를 나타낸다. 예를 들면, 제1반사층과 제2반사층 사이의 광로 길이 L[nm]이,
(2m-Φ/π)×(λ/4)<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8
을 만족하고 있어도 된다. 이것에 의해, 발광층에서 발생하는 빛의 추출 효율이 향상된다. 이 경우, θeml은, 0<sinθeml<sinγ/neml을 만족하는 범위에서 색순도와 시야각 특성을 최적화하도록 임의로 설정되어도 된다.
보호층(13), 평탄화층 14, 칼라필터(15), 평탄화층 16은 전술한 매질층(35)을 구성한다. 보호층(13)은 유전체층이다. 보호층(13)은 투광성을 갖는다. 더구나, 보호층(13)은 발광장치(10)의 외부에서의 산소 및 수분의 투과성이 낮은 무기 재료를 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 보호층(13)은 질화 실리콘(SiN), 산질화 실리콘(SiON), 산화 실리콘(SiOx), 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 산화 티탄(TiO2) 등의 무기 재료를 사용해서 형성되어도 된다. 보호 성능의 면에 있어서, 보호층(13)은 SiN, SiON 또는 Al2O3 등의 무기 재료로 구성되어도 된다. 보호층(13)의 형성에는 화학증기상퇴적(CVD)법, 원자층퇴적(ALD)법, 스퍼터링법 등이 사용될 수 있다.
보호층(13)은, 보호층(13)이 충분한 수분 차단 성능을 갖고 있으면, 전술한 재료를 사용한 단층 구조이거나, 전술한 재료를 조합하여 사용하는 적층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 보호층(13)은, CVD법을 사용해서 형성된 질화 실리콘의 층과, ALD법을 사용해서 형성된 밀도가 높은 다른 층(예를 들면, Al2O3)의 적층 구조를 갖고 있어도 된다. 더구나, 보호층(13)은, 수분 차단 성능을 갖고 있으면, 유기층을 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 유기층에는 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에스테르, 에폭시 등이 사용될 수 있다. 더구나, 도6에 도시되는 구성에서는, 복수의 발광 영역(32)에 공통의 보호층(13)이 설치되어 있지만, 복수의 발광 영역(32)에 각각 대응하는 복수의 보호층(13)이 배치되어 있어도 된다.
렌즈(17)는 노광 프로세스 및 현상 프로세스에 의해 형성할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 렌즈(17)의 재료막(예를 들면, 포토레지스트 막)을 형성하고, 연속적인 계조 변화를 갖는 마스크를 사용하여, 포토레지스트 막의 노광 및 현상을 행한다. 렌즈(17)의 형성에 사용하는 마스크로서, 그레이 마스크를 사용할 수 있다. 노광 장치의 해상도 이하의 해상도를 갖는 차광막의 도트의 밀도분포를 변화시킴으로써, 결상면에 연속한 계조 변화를 갖는 광조사를 가능하게 하는 면적 계조 마스크를, 렌즈(17)의 형성에 사용하는 마스크로서 사용할 수도 있다. 노광 프로세스 및 현상 프로세스에 의해 형성된 렌즈(17)를 에치백함으로써, 렌즈 형상을 조정하는 것이 가능하다. 전술한 것과 같이, 렌즈(17)의 상부면은, 식 (1) 내지 (3)를 만족하는 곡면(40)을 갖고 있으면 되고, 곡면(40)은 구면의 일부 또는 비구면이어도 된다.
발광 영역(32), 렌즈(17)의 곡면(40) 등을 조합해서 발광 소자가 구성된다. 발광 소자를 복수 설치하는 경우에, 복수의 발광 소자의 평면 배열(기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에서 본 경우의 배열)은, 스트라이프 배열, 스퀘어 배열, 델타 배열, 펜타일 배열 및 베이어 배열 등의 어느쪽의 배열이어도 된다. 도7a 내지 도7c는, 발광장치(10)를 렌즈(17) 측에서 본 평면도이며, 복수의 발광 소자의 평면 배열의 일례를 각각 나타낸다. 도7a는, 델타 배열의 일례를 나타낸다. 도7b는, 스트라이프 배열의 일례를 나타낸다. 도7c는, 베이어 배열의 일례를 나타낸다. 본 실시형태에서, 발광장치(10)를 표시 패널로서 사용하고, 1 화소(주 화소)가 대응하는 색 성분이 서로 다른 복수의 부화소(예를 들면, 적색의 표시를 행하는 부화소, 녹색의 표시를 행하는 부화소, 및, 청색의 표시를 행하는 부화소)를 포함하는 경우를 생각한다. 이 경우, 도7b에 나타낸 것과 같이, 복수의 발광 소자가 1개의 부화소에 배치되어 있어도 된다. 렌즈(17)의 곡면(40)의 사이즈 및 형상은, 복수의 발광 소자의 평면 배열의 방식에 따라 적절히 설정되어도 된다. 예를 들면, 델타 배열을 채용하는 경우, 부화소에 대하여 렌즈(17)의 곡면(40)이 차지하는 면적을 크게 설정할 수 있어, 광 추출 효율을 높일 수 있다.
도7a 내지 7c에 도시되는 구성에서는, 발광 영역(32)의 평면 형상(기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에서 본 경우의 형상)은 원형이지만, 발광 영역(32)의 평면 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 발광 영역(32)의 평면 형상은, 예를 들면, 사각형이나 육각형 등의 다각형이어도 된다. 단, 발광 영역(32)의 평면 형상이 원형이면, 발광 영역(32)의 단부로부터 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)까지의 방향의 경사각의 관계가, 곡면(40)의 정점(41)을 통과하는 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향의 면에 의해 얻어지는 모든 단면에 있어서 같아진다. 그 때문에, 발광장치(10)의 설계가 용이해질 수 있다.
도8에 나타낸 것과 같이, 각 렌즈(17)의 상부면을 구성하는 곡면(40)의 단부(42)가 두께를 갖도록(인접하는 렌즈(17)의 일부가 오버랩하도록) 렌즈(17)가 형성되어도 된다. 이 경우, 곡면(40)의 단부(42)는, 인접하는 렌즈(17) 사이의 경사가 0°인(기판(8)의 주면(34)과 평행한) 부분의 집합일 수 있다. 이 경우에도, 식 (1) 내지 식 (3)을 만족함으로써, 빛의 추출 효율을 높일 수 있고, 색순도가 높은 빛을 추출할 수 있다.
전술한 것과 같이, 렌즈(17)가 다른 색의 빛을 투과하는 구성이 채용되어도 된다. 발광장치(10)는 풀컬러 표시를 허용한다. 풀컬러 표시를 실현하는 방법으로서, 백색광을 발생하는 발광층과 칼라필터(15)를 사용하는 방법이 채용되어도 된다. 복수의 발광 영역(32)들이 발광층을 공유할 수 있기 때문에, 발광층을 패터닝하여 발광 영역(32)마다 다른 색을 발광시키는 경우보다도 발광층의 제조 프로세스가 용이해진다. 그렇지만, 복수의 발광 영역(32)이 서로 다른 색의 빛을 발생하도록 발광층이 패터닝되어 있어도 된다. 또한, 전술한 제1반사층과 제2반사층 사이의 광로 길이 L(광로 길이 Lr 또는 Ls)을, 서로 다른 색을 발광하는 발광 영역(32)마다 달라도 된다.
본 실시형태에 있어서는, 칼라필터(15)가 평탄화층 14 위에 설치되어 있다. 그러나, 칼라필터(15)는, 보호층(13) 위에 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 평탄화층 14를 배치하지 않고, 칼라필터(15)와 보호층(13)이 연속하고 있어도 된다. 이와 달리, 칼라필터(15)와 보호층(13)이 일체로 되어있어도 된다. 칼라필터(15)를 기판(8)과는 다른 지지 기판 위에 형성하고, 이 기판을 보호층(13)에 대향하도록 부착함으로써, 발광장치(10)의 칼라필터(15)를 형성해도 된다.
평탄화층 14는, 보호층(13)의 상부면의 요철을 평탄화하기 위해서 설치된다. 평탄화층 14가 배치됨으로써, 포토리소그래피 프로세스를 사용하여, 칼라필터(15)를 각각의 발광 영역(32)에 대하여 정밀하게 위치 맞춤해서 형성할 수 있다. 전술한 것과 같이, 평탄화층 14를 배치하지 않고 칼라필터(15)와 보호층(13)을 일체로 함으로써, 포토리소그래피 프로세스를 사용하여 칼라필터(15)를 각각의 발광 영역(32)에 대하여 정밀하게 위치맞춤해서 형성할 수 있다.
도6에 도시되는 구성에 있어서, 칼라필터 15r, 15g 및 15b는, 서로 다른 색의 빛을 투과하도록 구성된 칼라필터이어도 된다. 예를 들면, 칼라필터 15r은 적색 광을 투과하고, 칼라필터 15g는 녹색 광을 투과하고, 칼라필터 15b는 청색 광을 투과해도 된다. 복수의 칼라필터(15)의 일부 또는 전부가 배치될 필요는 없다. 이 경우, 유기층(20)의 발광층을 발광소자마다 형성하고, 발광 영역(32)이 서로 다른 색의 빛을 출사함으로써, 풀컬러 표시가 가능해진다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 렌즈(17)는 평탄화층 16 위에 설치되어 있다. 평탄화층 16은 칼라필터(15)의 상부면의 요철을 평탄화하기 위해서 설치된다. 그렇지만, 렌즈(17)가 칼라필터(15) 위에 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 평탄화층 16은 배치될 필요가 없다. 이와 달리, 렌즈(17)와 칼라필터(15)가 일체로 되어 있어도 된다.
더구나, 칼라필터(15)와 평탄화층 14 및 16을 배치하지 않고, 렌즈(17)가 보호층(13) 위에 설치되어도 된다. 예를 들면, 렌즈(17)와 보호층(13)이 일체로 되어 있어도 된다. 렌즈(17)와 보호층(13)을 일체로 한 경우, 렌즈(17)를 다른 기판에 형성하고 이 기판을 보호층(13)에 대향하도록 부착시키는 경우에 비해, 렌즈(17)로부터 발광 영역(32)까지의 거리를 짧게 할 수 있다. 그 결과, 발광 영역(32)으로부터 렌즈(17)에 입사하는 빛의 입체각을 증가시킬 수 있어, 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 렌즈(17)와 보호층(13)을 일체로 함으로써, 각 렌즈(17)의 곡면(40)을 대응하는 발광 영역(32)에 대하여 정밀하게 위치맞춤할 수 있다. 예를 들면, 칼라필터(15), 렌즈(17) 및 보호층(13)을 일체로 함으로써, 발광 영역(32), 칼라필터(15) 및 렌즈(17)를 고정밀도로 위치 맞춤할 수 있다.
칼라필터(15)와 렌즈(17)의 적층 순서는 적절히 선택될 수 있다. 도6에 도시되는 구성에서는, 렌즈(17)에 대하여 발광 영역(32) 측에 칼라필터(15)가 설치되어 있다. 이 구성에서는, 발광 영역(32)으로부터 발생한 빛이 렌즈(17)에 입사하기 전에 칼라필터(15)를 통과한다. 이것에 의해, 색순도를 저하시키는 요인이 되는 빛(발광부로부터의 출사각이 큰 빛)은 칼라필터(15)를 비교적 긴 거리에 걸쳐 통과한다. 그 때문에, 발광장치(10)를 경사 방향에서 관찰했을 때의 색순도의 저하를 억제할 수 있다.
칼라필터(15)와 렌즈(17)를 기판(8)과 다른 지지 기판 위에 형성하고, 발광 영역(32)을 갖는 기판(8)에 대향하도록 이 기판을 부착하여 발광장치(10)를 제작해도 된다. 칼라필터(15)와 렌즈(17)를 유기층(20)(발광층)과는 별개로 형성하면, 칼라필터(15)와 렌즈(17)를 형성할 때의 가공방법(예를 들면, 온도 등)의 자유도가 상승하여, 칼라필터(15)와 렌즈(17)의 설계의 자유도를 높일 수 있다. 칼라필터(15)와 렌즈(17)가 1개의 지지 기판 위에 연속적으로 형성되거나, 칼라필터(15)와 렌즈(17)가 별개의 지지 기판 위에 형성되어도 된다. 렌즈(17)나 칼라필터(15)는 접착제 등의 결합부재를 사용해서 기판(8)에 대하여 결합될 수 있다. 결합부재는 평탄화층 14 위에 배치되거나, 평탄화층 14를 배치하지 않는 경우, 보호층(13) 위에 배치되어도 된다.
렌즈(17)를 기판(8)과는 다른 지지 기판 위에 형성하고, 이 기판을 발광 영역(32)을 갖는 기판(8)에 대향하도록 부착하는 경우, 렌즈(17)와 보호층(13)(또는 칼라필터(15)) 사이에 공간을 설치하도록, 렌즈(17)가 발광장치(10)의 단부에 있어서 기판(8)에 접착제 등의 결합부재에 의해 고정되어도 된다. 이 경우, 공간은 수지가 충전되어 있어도 된다. 이 경우, 각각의 렌즈(17)가, 전술한 구성과는 달리, 아래로 볼록한 형상으로 될 수 있다. 이 경우, 수지의 굴절률은 렌즈(17)의 굴절률 n보다도 작아도 된다.
이하, 발광장치(10)의 실시예에 대해 설명한다.
제1실시예
우선, 기판(8) 위에 알루미늄을 형성하고, 이것을 패터닝함으로써, 복수의 전극 9를 형성하였다. 다음에, 전극 9를 각각 덮도록 절연층(12)의 재료막으로서, 막 두께 65nm의 산화 실리콘을 형성하였다. 형성된 재료막 중, 전극 9의 각각의 중앙부에 전극 9를 노출시키는 개구부를 형성함으로써, 절연층(12)을 형성하였다. 전극 9를 노출시키는 개구부의 형상은 반경 3.0㎛의 원형이었다. 전술한 것과 같이, 최종적으로 절연층(12)에 배치된 개구부는 발광 영역(32)에 대응한다. 즉, 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서, 개구부의 사이즈 및 형상은 발광 영역(32)의 사이즈 및 형상과 일치할 수 있다.
절연층(12)을 형성한 후에, 전극 9 및 절연층(12) 위에 유기층(20)을 형성하였다. 더욱 구체적으로는, 정공주입층을, 화합물 1(아래에 도시되는 도면을 참조)(다른 화합물에 관해서도 마찬가지)을 3nm의 두께로 형성하였다. 정공주입층 위에, 정공수송층을, 화합물 2에 의해 15nm의 두께로 형성하였다. 정공수송층 위에, 전자 블록층을 화합물 3에 의해 10nm의 두께로 형성하였다. 다음에, 제1발광층을, 호스트 재료로서 화합물 4를 중량비 97%, 발광 불순물로서 화합물 5를 중량비 3%가 되도록, 10nm의 두께로 형성하였다. 제2발광층을, 호스트 재료로서 화합물 4를 중량비 98%, 발광 불순물로서 화합물 6과 7을 각각 중량비 1%가 되도록, 10nm의 두께로 형성하였다. 제2발광층 위에, 전자수송층을 화합물 8에 의해 110nm의 두께로 형성하였다. 전자수송층 위에, 전자주입층을 불화 리튬에 의해 1nm의 두께로 형성하였다.
Figure pat00001
유기층(20)의 형성후, 전극 11로서 MgAg 합금을 10nm의 두께로 형성하였다. Mg과 Ag의 비율은 1:1이었다. 그후, 전극 11 위에 보호층(13)으로서, CVD법을 사용해서 굴절률 1.97의 SiN을 1.5㎛의 두께로 형성하였다. 다음에, 보호층(13) 위에, 스핀코트법을 사용해서 굴절률 1.55의 평탄화층 14를 300nm의 두께로 형성하였다.
다음에, 평탄화층 14 위에 굴절률 1.65의 칼라필터(15)를 1.6㎛의 두께로 형성하였다. 칼라필터 15r은 적색 광을 투과하도록 구성된 칼라필터이고, 칼라필터 15g는 녹색 광을 투과하도록 구성된 칼라필터이고, 칼라필터 15b는 청색 광을 투과하도록 구성된 칼라필터이다. 칼라필터(15)의 형성후, 칼라필터(15) 위에, 스핀코트법을 사용해서 굴절률 1.55의 평탄화층 16을 200nm의 두께로 형성하였다.
이어서, 평탄화층 16 위에 굴절률 1.52의 렌즈(17)를 노광 프로세스 및 현상 프로세스를 사용해서 형성하였다. 렌즈(17)의 곡면(40)은 구면의 일부이었다. 또한, 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서 곡면(40)의 정점(41)과 단부(42)의 높이의 차이인 거리 H는 2.3㎛이었고, 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서 곡면(40)의 정점(41)과 단부 사이의 거리 r은 3.4㎛이었다.
이와 같이 제작된 발광장치(10)에서는, 렌즈(17)(곡면(40))의 단부(42)의 경사각 θ 및 입사각 α은, sinθ=2rh/(r2+h2) 및 n·sinα=sinθ에 의해 계산되어, θ=68.2°및 α=37.6°가 구해졌다. 또한, 각도 β은 β=θ-α=30.5°이고, sinγ=n·sinβ에 의해 얻어진 출사각 γ=50.5°이었다. 따라서, 제작된 발광장치(10)는 h<r 및 γ<55°의 관계를 만족하였다.
또한, 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서, 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)와 발광 영역(32)의 높이의 차이인 거리 H는 3.6㎛이었다. 그 때문에, r-H·tanβ=1.28㎛가 계산되었다. 발광 영역(32)의 기판(8)의 주면(34)에 평행한 방향의 발광 영역(32)의 폭의 1/2인 거리 a는, 3.0㎛이었다. 그 때문에, 제작된 발광장치(10)는 a>r-H·tanβ의 관계를 만족하였다. 그 결과, 제작된 발광장치(10)는 정면 추출 광량을 증가시킬 수 있었고, 또한 색순도가 높은 빛을 추출할 수 있었다.
실시예 2
다음에 실시예 2에 따른 발광장치(10)에 대해 설명한다. 실시예 1에서는, 발광 영역(32)의 형상이 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서 반경 3.0㎛의 원형이었고, 평탄화층 16의 두께가 200nm이었다. 본 실시형태에서는, 발광 영역(32)의 형상이, 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서 반경 1.0㎛의 원형이고, 평탄화층 16의 두께가 2.0㎛인 것으로 가정하였다. 나머지 구성은 실시예 1과 동일하였다. 도9는, 본 실시예에 따른 발광장치(10)의 구성예를 나타낸, 렌즈(17)의 곡면(40)의 정점(41)을 통과하는 단면도다.
렌즈(17)의 거리 h, 거리 r 및 굴절률 n은 실시예 1과 같기 때문에, 경사각 θ, 입사각 α, 각도 β 및 출사각 γ은, 실시예 1과 마찬가지로 θ=68.2°, α=37.6°, β=30.5°및 γ=50.5°이다. 따라서, 제작된 발광장치(10)는, h<r 및 γ<55°의 관계를 만족하였다.
또한, 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서, 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)와 발광 영역(32)의 높이의 차이인 거리 H는 5.4㎛이다. 그 때문에, r-H·tanβ=0.22㎛가 계산되었다. 발광 영역(32)의 기판(8)의 주면(34)에 평행한 방향의 폭의 1/2인 거리 a는, 1.0㎛이었다. 그 때문에, 제작된 발광장치(10)는 a>r-H·tanβ의 관계를 만족하였다.
본 실시형태에서는, 식 (1) 내지 (3)로 표시된 관계를 만족하면서 a=1.0㎛이 구해졌고, 정면 추출 광량을 유지하면서 발광 영역(32)을 작게 할 수 있었다. 즉, 원하는 휘도를 실현하기 위해서 필요한 전류밀도를 유지한 채 발광 영역(32)의 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 각각의 발광 소자당의 투입 전류량을 작게 할 수 있다. 즉, 실시예 2에서 설명하는 구성을 사용함으로써 전류 이용 효율을 보다 향상할 수 있어, 소비전력을 억제하는 효과가 얻어진다.
실시예 3
이어서, 실시예 3에 따른 발광장치(10)에 대해 설명한다. 실시예 1에서는, 렌즈(17)의 곡면(40)의 정점(41)과 단부(42) 사이의 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서 거리 h가 2.3㎛이었다. 그러나, 본 실시예에서는, 거리 h는 1.8㎛이었다. 나머지의 구성은 실시예 1과 동일하였다. 도10은, 본 실시예에 따른 발광장치(10)의 구성예를 나타낸, 렌즈(17)의 곡면(40)의 정점(41)을 통과하는 단면도다.
본 실시예에 있어서 발광장치(10)의 경사각 θ, 입사각 α, 각도 β 및 출사각 γ을 계산하면, θ=55.8°, α=33.0°, β=22.8°, γ=36.1°이 구해졌다. 따라서, 제작된 발광장치(10)는 h<r 및 γ<55°의 관계를 만족하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 기판(8)의 주면(34)의 법선 방향에 있어서, 렌즈(17)의 곡면(40)의 단부(42)와 발광 영역(32)의 높이의 차이인 거리 H는 3.6㎛이었다. 그 때문에, r-H·tanβ=1.88㎛가 계산되었다. 발광 영역(32)의 기판(8)의 주면(34)에 평행한 방향의 폭의 1/2인 거리 a는 3.0㎛이었다. 그 때문에, 제작된 발광장치(10)는 a>r-H·tanβ의 관계를 만족하였다.
본 실시예에서는, 식 (1) 내지 식 (3)으로 표시된 관계를 만족하면서, γ이 작아졌다. 그 때문에, 정면 추출 광량을 보다 향상시킬 수 있었다. 이러한 효과를 얻는다는 관점에서, 예를 들면, γ은 45°이하이거나, 35°이하이어도 된다.
실시예 4
다음에, 실시예 4에 따른 발광장치(10)에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는, 발광 영역(32)마다 제1반사층과 제2반사층의 거리를 다르게 하였다. 또한, 발광 영역(32)의 형상은 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서 반경 2.0㎛의 원형이었다. 나머지 구성은 실시예 1과 동일하였다. 도11은, 본 실시예에 따른 발광장치(10)를 나타낸, 렌즈(17)의 곡면(40)의 정점(41)을 통과하는 단면도다.
본 실시예에 따른 발광장치(10)의 제작방법을 설명한다. 우선, 기판(8) 위에 알루미늄을 형성하고 이것을 패터닝함으로써, 복수의 반사층 18을 형성하였다. 다음에, 산화 실리콘을 사용한 절연층의 형성과 패터닝를 반복함으로써, 발광 소자(발광 영역(32))마다 층 두께가 서로 다른 절연막 19를 반사층 18을 덮도록 형성하였다. 더욱 구체적으로는, 적색 광을 투과하도록 구성된 칼라필터 15r이 위에 설치되는 부분에는, 층 두께가 75nm인 절연막 19를 형성하였다. 녹색 광을 투과하도록 구성된 칼라필터 15g가 위에 설치되는 부분에는, 층 두께가 130nm인 절연막 19를 형성하였다. 청색 광을 투과하도록 구성된 칼라필터 15b가 위에 설치되는 부분에는, 층 두께가 190nm인 절연막 19를 형성하였다. 다음에, ITO막의 형성과 패터닝을 행하여, 전극 9를 절연막 19 위에 형성하였다. 절연막 19 위에 전극 9를 형성한 이후의 단계로서, 실시예 1과 같은 단계를 사용하여, 발광장치(10)를 형성하였다. 단, 절연층(12)에 설치되는 전극 9를 노출시키기 위한 개구부의 형상, 즉, 발광 영역(32)의 형상은, 기판(8)의 주면(34)에 대한 정사영에 있어서 반경 2.0㎛의 원형이었다. 또한, 유기층(20)에 있어서, 정공수송층의 층 두께는 36nm이었고, 전자수송층의 층 두께는 45nm이었다. 또한, 보호층(13)은 두께 1.5㎛를 가졌다.
본 실시예에 있어서, 반사층 18이 전술한 제1반사층에 대응하고, 전극 11이 전술한 제2반사층에 대응한다. 각각 발광 영역(32)을 구비한 발광 소자의 제1반사층과 제2반사층의 광로 길이 L은, 원하는 색 성분(외부로 추출하는 빛의 색 성분)에 따라 설정되었다. 이에 따라, 발광장치(10)로부터 정면 방향으로 출사되는 빛의 강도 및 색순도를 향상시킬 수 있었다. 실시예 4에 설명하는 구성에서는, 발광 영역(32)의 전류 이용 효율을 보다 향상시킬 수 있는 동시에, 색순도가 높은 빛을 추출할 수 있었다.
본 실시형태의 발광장치(10)를 표시장치, 광전 변환장치, 전자기기, 조명장치, 이동체 및 웨어러블 디바이스에 적용한 응용 예에 대해 도12 내지 도18a 및 도18b를 참조하여 설명한다.
도12는, 본 실시형태의 발광장치(10)를 사용한 표시장치의 일례를 나타내는 모식도다. 표시장치(1000)는, 상부 커버(1001)와 하부 커버(1009)의 사이에, 터치패널(1003), 표시 패널(1005), 프레임(1006), 회로 기판(1007) 및 배터리(1008)를 가질 수 있다. 터치패널(1003) 및 표시 패널(1005)에 각각, 플렉시블 프린트 회로(FPC) 1002 및 1004가 접속되어 있다. 회로 기판(1007)에는 트랜지스터 등의 능동 소자가 배치된다. 배터리(1008)는, 표시장치(1000)가 휴대 기기가 아니면, 불필요하다. 표시장치(1000)가 휴대 기기라도, 이 위치에 배터리(1008)를 설치할 필요는 없다. 표시 패널(1005)에 발광장치(10)를 적용할 수 있다. 표시 패널(1005)로서 기능하는 발광장치(10)는, 회로 기판(1007)에 배치된 트랜지스터 등의 능동 소자와 접속되어 동작한다.
도12에 도시되는 표시장치(1000)는, 복수의 렌즈를 갖는 광학부와, 이 광학부를 통과한 빛을 수광하고 이 빛을 전기신호로 광전 변환하는 촬상 소자를 갖는 광전 변환장치(촬상장치)의 표시부에 사용될 수 있다. 광전 변환장치는, 촬상 소자가 취득한 정보를 표시하는 표시부를 가질 수 있다. 또한, 표시부는, 광전 변환장치의 외부에 노출한 표시부이거나, 파인더 내에 배치된 표시부일 수 있다. 광전 변환장치는, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라일 수 있다.
도13은, 본 실시형태의 발광장치(10)를 사용한 광전 변환장치의 일례를 나타내는 모식도다. 광전 변환장치(1100)는, 뷰파인더(1101), 배면 디스플레이(1102), 조작부(1103) 및 하우징(1104)을 가질 수 있다. 광전 변환장치(1100)는 촬상장치로도 불릴 수 있다. 표시부인 뷰파인더(1101)나 배면 디스플레이(1102)에, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)를 적용할 수 있다. 이 경우, 발광장치(10)는, 촬상할 화상 뿐만 아니라, 환경 정보, 촬영 지시 등을 표시할 수 있다. 환경 정보의 예는, 외광의 강도 및 방향, 피사체가 움직이는 속도와, 피사체가 차폐물에 차폐될 가능성이다.
촬영에 적합한 타이밍은 매우 짧은 시간인 경우가 많기 때문에, 조금이라도 빨리 정보를 표시하는 쪽이 좋다. 따라서, 유기 EL 소자 등의 유기 발광 재료를 사용한 유기 발광 소자가 배치된 발광장치(10)가 뷰파인더(1101)나 배면 디스플레이(1102)로 사용되어도 된다. 이것은 유기 발광 재료가 응답 속도가 빠르기 때문이다. 유기 발광 재료를 사용한 발광장치(10)는, 높은 표시 속도가 요구되는, 이들 장치에, 액정표시장치보다도 더 적합하게 사용될 수 있다.
광전 변환장치(1100)는 광학부(미도시)를 갖는다. 이 광학부는 복수의 렌즈를 갖고, 광학부를 통과한 빛을 수광하고 하우징(1104) 내에 수용되어 있는 광전 변환소자(미도시)에 결상한다. 복수의 렌즈의 상대 위치를 조정함으로써, 초점을 조정할 수 있다. 이 조작을 자동으로 행할 수도 있다.
발광장치(10)는, 전자기기의 표시부에 적용되어도 된다. 이 때에는, 표시 기능과 조작 기능의 양쪽을 표시부가 가져도 된다. 휴대 단말의 예는, 스마트폰 등의 휴대전화, 태블릿, 및 헤드 마운트 디스플레이이다.
도14는, 본 실시형태의 발광장치(10)를 사용한 전자기기의 일례를 나타내는 모식도다. 전자기기(1200)는, 표시부(1201)와, 조작부(1202)와, 하우징(1203)을 갖는다. 하우징(1203)은, 회로, 이 회로를 갖는 프린트 기판, 배터리 및 통신부를 수납할 수 있다. 조작부(1202)는 버튼 또는 터치패널 방식의 반응부일 수 있다. 조작부(1202)는, 지문을 인식해서 록의 해제 등을 행하는, 생체 인식부일 수 있다. 통신부를 갖는 휴대 기기를 통신 기기로 간주할 수도 있다. 표시부(1201)에, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)를 적용할 수 있다.
도15a 및 도15b는, 본 실시형태의 발광장치(10)를 사용한 표시장치의 일례를 나타내는 모식도다. 도15a는, 텔레비젼 모니터나 PC 모니터 등의 표시장치를 나타낸 것이다. 표시장치(1300)는, 프레임(1301)과 표시부(1302)를 갖는다. 표시부(1302)에, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)를 적용할 수 있다. 표시장치(1300)는, 프레임(1301)과 표시부(1302)를 지지하는 토대(1303)를 가질 수 있다. 토대(1303)는, 도15a에 도시된 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 프레임(1301)의 하측 변이 토대(1303)를 겸하고 있어도 된다. 또한, 프레임(1301) 및 표시부(1302)는, 절곡될 수 있다. 이 경우의 곡률반경은 5000mm 이상 6000mm 이하일 수 있다.
도15b는, 본 실시형태의 발광장치(10)를 사용한 표시장치의 다른 일례를 나타내는 모식도다. 도15b에 도시된 표시장치(1310)는, 절곡 가능하고, 소위 폴더블한 표시장치다. 표시장치(1310)는, 제1표시부(1311), 제2표시부(1312), 하우징(1313) 및 굴곡점(1314)을 갖는다. 제1표시부(1311)와 제2표시부(1312) 각각에, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)를 적용할 수 있다. 제1표시부(1311)와 제2표시부(1312)는, 이음매가 없는 1매의 표시장치일 수 있다. 제1표시부(1311)와 제2표시부(1312)는, 굴곡점에서 나눌 수 있다. 제1표시부(1311)와 제2표시부(1312)는, 각각 다른 화상을 표시할 수 있고, 1개의 화상을 함께 표시할 수도 있다.
도16은, 본 실시형태의 발광장치(10)를 사용한 조명장치의 일례를 나타내는 모식도다. 조명장치(1400)는, 하우징(1401)과, 광원(1402)과, 회로 기판(1403)과, 광학 필름(1404)과, 광 확산부(1405)을 갖고 있어도 된다. 광원(1402)에, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)를 적용할 수 있다. 광학 필름(1404)은 광원의 연색성을 향상시키는 필터일 수 있다. 라이트 업 등을 행할 때, 광 확산부(1405)은 광원의 빛을 효과적으로 확산하여, 넓은 범위에 걸쳐 빛을 보내 줄 수 있다. 필요에 따라, 조명장치는 최외부에 커버를 가질 수 있다. 조명장치(1400)는, 광학 필름(1404)과 광 확산부(1405)의 양쪽을 갖거나, 어느 한쪽 만을 가질 수 있다.
조명장치(1400)는 예를 들면, 실내를 조명하는 장치다. 조명장치(1400)는 백색, 주백색, 기타 청색 내지 적색의 어느 색을 발광할 수 있다. 조명장치(1400)는 이들 광 성분을 조광하는 조광회로를 가질 수 있다. 조명장치(1400)는, 광원(1402)으로서 기능하는 발광장치(10)에 접속되는 전원회로를 더 가질 수 있다. 전원회로는, 교류전압을 직류전압으로 변환하는 회로다. 백색은 색온도가 4200K이고 주백색은 색온도가 5000K이다. 조명장치(1400)는, 칼라필터를 더 가져도 된다. 또한, 조명장치(1400)는 방열부를 가질 수 있다. 방열부는 장치 내의 열을 장치 외부로 방출하는 것이며, 예로는 비열이 높은 금속과 액체 실리콘을 들 수 있다.
도17은, 본 실시형태의 발광장치(10)를 사용한 차량용 조명기구의 일례인 테일 램프를 갖는 자동차의 모식도다. 자동차(1500)는, 테일 램프(1501)를 갖고, 브레이크 조작 등을 행했을 때에 테일 램프(1501)가 점등되는 형태를 가질 수 있다. 본 실시형태의 발광장치(10)는, 차량용 조명기구로서 헤드 램프에 사용될 수 있다. 자동차는 이동체의 일례이며, 이동체는 선박, 드론, 항공기, 철도 차량, 산업용 로봇 등이어도 된다. 이동체는, 기체와 기체에 설치된 조명기구를 가져도 된다. 조명기구는 기체의 현재 위치를 알리는데 사용되어도 된다.
테일 램프(1501)에, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)를 적용할 수 있다. 테일 램프(1501)는, 테일 램프(1501)로서 기능하는 발광장치(10)를 보호하는 보호부재를 가질 수 있다. 보호부재의 재료는, 이 재료가 어느 정도 높은 강도를 갖는 투명 재료이면 재료는 한정되지 않으며, 폴리카보네이트를 예로 들 수 있다. 보호부재는, 폴리카보네이트에 푸란디카르복실산 유도체, 아크릴로니트릴 유도체 등을 혼합해서 얻어진 재료로 구성해도 된다.
자동차(1500)는, 차체(1503)와, 차체(1503)에 부착되어 있는 창문(1502)을 가질 수 있다. 창문은, 자동차의 전후를 확인하기 위한 창문일 수 있고, 헤드 업 디스플레이 등 투명한 디스플레일 수도 있다. 이 투명한 디스플레이에, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)가 사용되어도 된다. 이 경우, 발광장치(10)의 전극 등의 구성 재료는 투명한 부재로 구성된다.
도18a 및 도18b를 참조하여, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)의 또 다른 적용 예에 대해 설명한다. 발광장치(10)는, 스마트 글래스, 헤드 마운트 디스플레이(HMD), 또는 스마트 콘택 렌즈와 같은 웨어러블 디바이스로서 장착가능한 시스템에 적용할 수 있다. 이러한 적용 예에 사용되는 촬상 표시장치는, 가시광을 광전 변환가능한 촬상장치와, 가시광을 발광가능한 발광장치를 갖는다.
도18a를 참조하여 1개의 적용 예에 따른 안경(1600)(스마트 글래스)을 설명한다. 안경(1600)의 렌즈(1601)의 표면측에, CMOS 센서나 SPAD와 같은 촬상장치(1602)가 설치되어 있다. 또한, 렌즈(1601)의 이면측에는, 본 실시형태에 따른 발광장치(10)가 설치되어 있다.
안경(1600)은, 제어장치(1603)를 더 구비한다. 제어장치(1603)는, 촬상장치(1602)와 각 실시형태에 따른 발광장치(10)에 전력을 공급하는 전원으로서 기능한다. 또한, 제어장치 1603은, 촬상장치(1602)와 발광장치(10)의 동작을 제어한다. 렌즈(1601)에는, 촬상장치(1602)에 빛을 집광하도록 구성된 광학계가 형성되어 있다.
도18b를 참조하여, 1개의 적용 예에 따른 안경(1610)(스마트 글래스)을 설명한다. 안경(1610)은, 제어장치(1612)를 갖고 있고, 제어장치(1612)에, 촬상장치 1602에 해당하는 촬상장치와, 발광장치(10)가 탑재된다. 렌즈(1611)에는, 제어장치(1612) 내의 촬상장치와, 발광장치(10)로부터의 발광을 투영하도록 구성된 광학계가 형성되어 있고, 렌즈(1611)에는 화상이 투영된다. 제어장치(1612)는, 촬상장치 및 발광장치(10)에 전력을 공급하는 전원으로서 기능하는 동시에, 촬상장치 및 발광장치(10)의 동작을 제어한다. 제어장치(1612)는, 장착자의 시선을 검지하는 시선 검지부를 가져도 된다. 시선의 검지는 적외선을 사용해서 행해져도 된다. 적외 발광부는, 표시 화상을 주시하고 있는 유저의 안구에 대하여, 적외광을 발생한다. 발생한 적외광의 안구로부터의 반사광을 수광 소자를 갖는 촬상부가 검출함으로써, 안구의 촬상 화상이 얻어진다. 평면도에서 적외 발광부로부터 표시부에의 빛을 저감하는 저감부가 설치됨으로써, 화상 품위의 저하를 저감한다.
적외광의 촬영에 의해 얻어진 안구의 촬상 화상으로부터 표시 화상에 대한 유저의 시선을 검출한다. 안구의 촬상 화상을 사용한 시선 검출에는 임의의 공지의 수법을 적용할 수 있다. 일례로서, 각막에 의한 조사광의 반사에 의해 얻어진 풀키니에 상에 근거한 시선 검출 방법을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로는, 동공 중심 각막 반사법에 근거한 시선 검출 처리가 행해진다. 동공 중심 각막 반사법을 사용하여, 안구의 촬상 화상에 포함되는 동공의 상과 풀키니에상에 근거하여, 안구의 방향(회전 각도)을 나타내는 시선 벡터가 산출됨으로써, 유저의 시선이 검출된다.
본 개시의 일 실시형태에 따른 발광장치(10)는, 수광 소자를 갖는 촬상장치를 갖고, 촬상장치로부터의 유저의 시선 정보에 근거하여 표시 화상을 제어할 수 있다.
더욱 구체적으로는, 발광장치(10)는, 시선 정보에 근거하여, 유저가 주시하는 제1 시야 영역과, 제1 시야 영역 이외의 제2 시야 영역을 결정한다. 제1 시야 영역 및 제2 시야 영역은, 발광장치(10)의 제어장치가 결정해도 되고, 외부의 제어장치가 결정한 것을 수신해도 된다. 발광장치(10)의 표시 영역에 있어서, 제1 시야 영역의 표시 해상도를 제2 시야 영역의 표시 해상도보다도 높게 제어해도 된다. 즉, 제2 시야 영역의 해상도를 제1 시야 영역보다도 낮게 해도 된다.
또한, 표시 영역은, 제1표시 영역과, 제1표시 영역과는 다른 제2표시 영역을 갖고, 시선 정보에 근거하여, 제1표시 영역 및 제2표시 영역으로부터 우선도가 높은 영역이 결정된다. 제1표시 영역 및 제2표시 영역은, 발광장치(10)의 제어장치가 결정해도 되고, 외부의 제어장치가 결정한 것을 수신해도 된다. 우선도가 높은 영역의 해상도를, 우선도가 높은 영역 이외의 영역의 해상도보다도 높게 제어해도 된다. 즉 우선도가 상대적으로 낮은 영역의 해상도를 낮게 해도 된다.
이때, 제1 시야 영역이나 우선도가 높은 영역의 결정에는, AI를 사용해도 된다. AI는, 안구의 화상과 이 화상의 안구가 실제로 보고 있었던 방향을 교사 데이터로 사용하여, 안구의 화상으로부터 시선의 각도 및 시선 앞의 목적물까지의 거리를 추정하도록 구성된 모델이어도 된다. AI 프로그램은, 발광장치(10), 촬상장치 또는 외부 장치가 가져도 된다. AI 프로그램을 외부 장치가 갖는 경우에는, 통신을 거쳐, 발광장치(10)에 전해진다.
시인 검지에 근거하여 표시 제어를 행하는 경우, 외부를 촬상하도록 구성된 촬상장치를 더 갖는 스마트 글래스에 적용할 수 있다. 스마트 글래스는, 촬상한 외부 정보를 실시간으로 표시할 수 있다.
예시적인 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 이러한 실시형태에 한정되지 않는다는 것은 자명하다. 이하의 청구범위의 보호범위는 가장 넓게 해석되어 모든 변형, 동등물 구조 및 기능을 포괄하여야 한다.

Claims (16)

  1. 기판과, 상기 기판의 주면 위에 배치된 굴절률 n을 갖는 렌즈와, 상기 주면과 상기 렌즈 사이에 배치된 발광 영역을 포함하는 발광장치로서,
    상기 렌즈의 상면은, 상기 주면으로부터 떨어지는 방향으로 볼록한 곡면을 갖고,
    상기 곡면은, 정점과 상기 주면에 평행한 방향에 있어서 단부를 구비하고,
    h[㎛]가 상기 주면의 법선 방향에 있어서 상기 정점과 상기 단부의 높이의 차이를 나타내고, r[㎛]이 상기 주면에 대한 정사영에 있어서 상기 정점과 상기 단부 사이의 거리를 나타내고, H[㎛]가 상기 법선 방향에 있어서 상기 단부와 상기 발광 영역의 높이의 차이를 나타내고, 2a[㎛]가 상기 발광 영역의 상기 주면에 평행한 방향의 폭을 나타내는 경우, 이하의 식 (1), (2) 및 (3)의 관계를 만족하고,
    h<r …(1)
    γ<55° …(2)
    a>r-H·tanβ …(3)
    이때, 2rh/(r2+h2)=sinθ, sinθ=n·sinα, θ-α=β 및 n·sinβ=sinγ인 발광장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 영역은, 발광 재료를 포함하는 발광층과, 상기 발광층과 상기 주면 사이에 배치된 제1반사층과, 상기 발광층과 상기 렌즈 사이에 배치된 제2반사층을 포함하는 발광장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1반사층 및 상기 제2반사층 중 적어도 한쪽이 전극으로서 기능하는 발광장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1반사층과 상기 제2반사층 사이의 광로 길이 L[nm]이,
    (2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)-λ/8<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8
    을 만족하고,
    이때, λ[nm]은 상기 렌즈를 통과하는 빛의 피크 파장을 나타내고, m은 0 이상의 정수를 나타내고, Φ[rad]은 상기 제1반사층 및 상기 제2반사층에 의해 파장 λ[nm]의 빛이 반사될 때의 위상 시프트의 합을 나타내고, θeml[°]은 neml이 상기 발광층의 굴절률을 나타내는 경우에 0<sinθeml<sinγ/neml을 만족하는 각도를 나타내는 발광장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1반사층과 상기 제2반사층 사이의 광로 길이 L[nm]이,
    (2m-Φ/π)×(λ/4)<L<(2m-Φ/π)×(λ/4)×(1/cosθeml)+λ/8
    을 만족하고,
    이때, λ[nm]은 상기 렌즈를 통과하는 빛의 피크 파장을 나타내고, m은 0 이상의 정수를 나타내고, Φ[rad]은 상기 제1반사층 및 상기 제2반사층에 의해 파장 λ[nm]의 빛이 반사될 때의 위상 시프트의 합을 나타내고, θeml[°]은 neml이 상기 발광층의 굴절률을 나타내는 경우에 0<sinθeml<sinγ/neml을 만족하는 각도를 나타내는 발광장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    r-H·tanβ>0을 더 만족하는 발광장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 영역과 상기 렌즈 사이에 굴절률 n1을 갖는 매질층이 배치되고,
    n≤n1의 관계를 만족하는 발광장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 매질층이 칼라필터를 포함하는 발광장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 매질층이 제1매질층으로 사용되고,
    상기 제1매질층과 상기 발광 영역 사이에 굴절률 n2를 갖는 제2매질층이 배치되고,
    n1≤n2의 관계를 만족하는 발광장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 영역과 상기 렌즈 사이에 굴절률이 n보다 작은 층이 배치되지 않는 발광장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 주면에 대한 정사영에 있어서, 상기 발광 영역의 중앙부와 상기 렌즈의 중앙부가 서로 겹치도록 배치되어 있는 발광장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    r>a를 더 만족하는 발광장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 곡면이 구면의 일부인 발광장치.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 발광장치와, 상기 발광장치에 접속되어 있는 능동 소자를 갖는 표시장치.
  15. 복수의 렌즈를 갖는 광학부와, 상기 광학부를 통과한 빛을 수광하도록 구성된 촬상 소자와, 화상을 표시하도록 구성된 표시부를 갖고,
    상기 표시부는, 상기 촬상 소자가 촬상한 화상을 표시하고, 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 발광장치를 갖는 광전 변환장치.
  16. 표시부가 설치된 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되고 외부와 통신을 행하도록 구성된 통신부를 갖고,
    상기 표시부는 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 발광장치를 갖는 전자기기.
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